CN1302481A - 在移动设备中供电的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为解决一设备(1)通常在一移动电话中调节的瞬态现象(6)所带来的问题,我们在该移动电话中设置一个相对于电力消耗增加的预期时期(T)的调节电路的预先(T’)补偿(7)。因此,在一个使用期间之外超过供电电压工作的限制阈值(3)不会在移动设备的工作上产生有害的效应。

Description

在移动设备中供电的方法和装置

本发明在于一种在移动设备中供电，尤其是在一数字处理电路中供电的方法和装置，并且特别是在一移动电话中。发明的目的是解决供电问题，该问题产生在便携装置中，它带有一个电池，在使用过程中其电压会慢慢下降并且可用电压可能会下降到一个临界值之下，对此移动或便携设备的数字电路的运行就不再能够被保证了。

在移动电话中，以及更一般地在便携设备中，一个提供可用供电电压Vu的电池通过一个调节电路被连接到一数字处理电路上。该电池另外还可能直接被连接到其他的电路上，如果对于这些其它电路供电值不需要被调节的话。调节电路的原理在于在电池端子所使用的电压与调节电路输出的比较小的电压之间形成一个差值。调节电路输出电压的伺服或调节由该差值的调制来实现，电压下降越下降，差值越被调节到一个较小的值。

在实践中，差值通过一个具有下面效果的双极三极管场效应(MOS)类型的三极管中的电压降来被获得。当电池电压变小时，发射极-集电极或漏极-源极之间的电压差值被限制，三极管的偏置使得通过该三极管的偏置电流很高。因此我们就获得一个相反的现象，电池越放电，其电压越小，必须产生大的流量以达到维持调节电路输出一个满意的供电电压。另外在该情况下，第二个相反的现象，在调节电路中为了电压调节，消耗比处理电路更多的电流。结果是快速缩短了便携设备剩余的最大使用时间。

一种部分克服该问题的解决方案在于，代替增大偏置电流而设置一个更大的三极管。除了三极管越大越贵之外，还会在包括它的集成电路上占有更大的地方。这是同样不好的，通常在一个便携设备中，为了更准确地管理消耗，就要在同一集成电路上实现多个调节电路。因而起到镇流器作用的三极管所必需的表面占有会造成严重障碍。

另外当电力消耗突然变化时，在一给定时期，调节电路的升高时间太长。因此我们在调节电路的输出处观察到一个调节电压的短暂变化，在其过程中电压首先下降然后在稳定在调节值之前超过该值。该瞬态响应的持续时间，特别是在电压下降期间可以是在10微秒的量级。在便携设备中，特别是在移动电话中，一个内部高速时钟，在例子中是13MHz，发生数字电路的节拍。因此电压10微秒的缺损对应于这些处理电路的100多个时钟周期。在某些情况中，特别是当电池接近于其最大使用时间终了时，使消耗增加的处理就会在不良情况中开始，因为在这些时钟周期中处理电路欠功率。

为克服该后一问题，在现有技术中我们知道在调节电路的输入或输出处，最好是在输入处，放置大容量电容，例如3300μF。该大电容所具有的缺陷是它们庞大的体积和较高的价格以及把它们安置在移动设备所必需的工作成本。另外，当一移动电话不同的信号处理电路被同时使用时，例如一个语音识别电路，一个拉尔森效应(larsen)或其它效应消除电路，大电容被放电，使得在我们需要的时候不存在了。

发明在于克服这些问题，特别是防止被调节的供电电压在我们开始有需要的时候低于工作的临界电压。在发明中，特别是在GSM类型的移动电话的情况中，我们已经注意到产生供电增加的时期是预先知道的。更简单地，在TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)类型的移动电话中，一移动电话的电路仅是在一帧的一个时间窗中被激励。一时间窗口的持续时间是已知的，在例子中是577微秒，被逐帧地产生，帧是同步的。因此可以准确地知道一时间窗口的开始。

在发明中，为了调节电路的临时现象在所使用的时间窗口期间不产生例如缺陷的情况，我们建立一个调节电压到期望的值。实践中，在等于临时期间的期间，我们通过调节电路的调节失调产生一个电压下降的预补偿，它必然地会在电力消耗期望增加产生时被产生。在同一思想中，在一所用的消耗之前，我们可预先产生一个与所使用的消耗具有同一量级的消耗，以使得在这种情况下，瞬态现象在时间窗口所使用的期间之前被产生。在这两种情况中，我们事先修改了调节电路的工作模式。接下来我们将会示出，这可以消除调节电路的突然模式转化的有害效应。

因此发明在于一种移动设备中数字处理电路的供电方法，在其中

测量该处理电路的供电电压，

将该电压与一个参考值相比较，并且

根据该供电电压与该参考值之间的差值调节提供该供电电压的伺服电路，

其特征在于标记一个供电需求增加的可预见时期，并且

事先修改伺服电路的运行模式。

发明还在于一种移动设备，它带有一个数字处理电路，以及该数字处理电路的供电装置，该供电装置包括一个使该处理电路的供电电压在一参考值的伺服电路，其特征在于它包括一个用于预见处理电路消耗增加时期的电路以及用于预先修改伺服电路运行模式的设备。

发明将会通过对下面说明以及对相关附图的考察的阅读而被更好地理解。这仅是一种指示性的例子但并不限制发明。附图示出：

-图1：示出发明方法不同步骤的时序图；

-图2：在一设备特别是带有一个电池的一便携设备中调节电路的简示。

图1示出了多个时序图。第一个所示的时序图是一个电力消耗的时序图，它是出了在所涉及的设备中，电力消耗在一个时间窗口1的开始承受了一个突然的变化，并且该消耗在整个该时间窗口中保持在一个高的水平上。在TDMA类型的移动电话范围内，我们可以考虑到，时间窗口1是那个在其中一移动电话正在一帧中进行将通讯信息传输到基站从该基站接收信息的窗口。除该时间窗口之外，我们可以考虑到电路处于休止，因此除了该窗口之外，消耗几乎是零。在其他的便携设备领域中，特别是便携式微型计算机，如果消耗的突然变化出现在随机的时期(例如存取硬盘)，这些随机时期是可以预见的。在需要时，为拥有一个必要的预料，它们被延迟。

在第一个时序图下面的时序图示出了一个电池输出处可用的工作电压Vu。如果没有调节设备，在时间窗口1的期间中可用电压承受一个突然的减弱2，它能够造成剩余电压到一低于阈值3的值。为避免与电池内阻相关联的电压降，公知的是的是与其并联安置能够产生所使用电压的慢放电4的大电容。电容必须有大的容量，因为在实践中，与电池相连的负载形成的充电时间常数必须大于时间窗口1的持续期间。在这些条件中我们可以希望在时间窗口的终结处5供电电压不低于阈值3。

在该第二时序图的下面示出了一第三时序图，在其中被调节的电压Vr小于应用电压Vu，但是一个大于最小阈值3的被调节值，特别是在时间窗口1持续期间的主要部分中。然而我们注意到在该第三图上，在时间窗口1开始时，调节电路反应不足并且产生一个过渡现象6。该现象6造成在调节器输出处的可用电压Vr趋近于阈值3，或者在更加危急的情况下变得低于阈值。在一个例子中，为明确观念，电池电压Vu可以是3.3伏的量级，调节后电压Vr在例子中最好是2.8伏，阈值3是2.7伏：低于该电压，数字电路将不会正确地工作。负脉冲6的持续时间可以是10微秒的量级，这将会像前面所述的那样造成严重危害。

在发明中我们不会真正地防止过渡现象6的存在。实际上该现象的防止回到希望用一个例如将大于调节电路的输出电流的一个偏置电流偏置调节电路。然而我们注意到，特别是在TDMA类型的移动电话领域中，时间窗口1的电流消耗在一个事先已知的时期T中被产生。在实践中，在该时期T便携设备的电路接收激励指令OT，这将真正产生一个消耗的增加。在这些情况下，由于时期T是已知的，在发明中我们就设法预先修改伺服电路的工作模式。在实践中有两种可用的解决方案。

如同在图1上第四个时序图上以最佳的方式所示的那样，通过在一个时刻T′发送一个OT’指令以修改伺服电路工作模式，修改调节电压的命令值，以使得在该时刻前该值从Vr到Vr+。同样是在时期T，在时期T’之后，伺服运行的现象从一个被调节的高的电压Vr+开始被产生，以使得在任何情况下，由于该运行所引起的最小电压也不会超过阈值3。在时期T’和T之间，调节电路实际上消耗更多的电流。实际上，电压Vu和电压Vr+之间的差值比电压Vu和电压Vr之间的差值小。尽管如此，该附加消耗在便携设备的情况下也不是非常不利的，因为期间T’T是非常短的。在一个例子中，该期间是瞬态指令6的期间，例如是10微秒的量级。它同样可以更小，例如等于值的一半，使得被调节的电压仅有一个升高部分7而没有到新值Vr+处。在实践中，第五个时序图上可见的OT’指令可以在指令OT到达时被停止，或者稍微延迟一点。在所有情况下，使在时间窗口1的大部分期间内OT’指令被切断，以便被调节的电压又为值Vr。

在发明中，我们以时间T被标识，并且在时间T’前修改伺服电路的工作模式。因此我们修改了该伺服的参考值。

作为变化，通过知道消耗突然变化的时间T，将可能在与一将会被用于此次的OT'指令相同的情况下造成一个预期的错误消耗，不再是伺服命令的值，而且还在与调节器输出相连的附属设备电路上。在这些条件下，在第三个时序图上所示的临时期间6，尽管它会穿过阈值电压3，也不会造成很大的损害，因为这只将会在一个处理电路不被使用的期间产生。

图2示出一个带有数字处理电路9和处理电路9的供电装置10的一个移动设备8。电路10包括一个使处理电路的供电电压Vr达到一个参考值V0的伺服电路。在一个例子中伺服包括一个三极管11，在一个例子中是MOS类型的，它一方面连接到一电池12，另一方面连接到处理电路9。电压Vr通过一个分路器桥13来被测量，分路器桥的一个活动触点被连接到一比较器14的第一输入端。比较器14电路在另一个输入端接收一个由一参考源发生器15产生的命令信号V0。比较器14电路的输出端被连接到三极管11的栅极上。而晶体管11可以是一个双极类型的三极管。

设备8在移动电话的情况中还包括一个与一天线和一接收电路17相连的放大电路16，接收电路还被功能性的连接到处理电路9。电路16，17和9接收来自一由时钟9定时的一微处理器18的控制信号。以公知的方式，微处理器18包括一定序器或一个可以产生使得放大器16，接收电路17和处理电路9工作的指令OT的状态器。在发明中，预测在OT指令应用的时刻T，定序器或微处理器18的状态器将能够产生上面所见到的使调节器10工作的指令OT’。在最佳的变化中，指令OT'被用于发生器15，因此它在比较器14的第二控制输入端上施加另一命令值V1。在V0强制为Vr之前，同样V1强制为Vr+。

处理电路9的处理也可以是不同的形态。在该情况中，设备8将包括多个电路，例如相对于电路9的电路20和21。可能对于所有这些电路20和21不会与电路9同时被激励。如果它们被同时激励，只有一个调节电路10可以满足所有这些电路的供电。相反，如果它们彼此独立地被激励，最好分别提供复制的调节电路22和23。因此涉及到指令OT’和OT之间在电路10或22或23中所产生超消耗将仅被分别限制于电路9,20和21，它们是有效工作的。

图2还简要地示出了通过发明，我们能够省去一个大容量电容24，其作用是保证前面所见到的第二个时序图的逐渐减小4。因此我们节省为费用和空间。

在图2所示中，放大电路17和接收电路16是模拟电路，可以不需要一个与供电电压同样严格的稳定。它们对于该电压的灵敏性是比较不重要的。因此，它可以被直接连接到电池12上，而不必通过一个调节电路10。因此最好地，调节电路10将包括一个电容25，它被并联于地和电路10的输出端之间。电容25不需要太大容量：在移动电话的领域中，一个10μF量级的电容就足够了。

最后我们看到，涉及到本发明，我们能够保证一个良好的调节和一个良好的信号处理，尽管是在电池接近于其最大使用时间终了时，因为我们能够将由于调节工作所产生的电压下降移动到它的不同时期，在此期间被调节的电压是可用的。

Claims (9)

1．一种移动设备(8)中数字处理电路(9)的供电方法，在其中

-测量(13)该处理电路的供电电压(Vr)，

-将该电压与一个参考值(V0)相比较(14)，并且

-根据该供电电压与该参考值之间的差值调节(11)提供该供电电压的伺服电路，

其特征在于

-标记一个供电需求增加的可预见时期(T)，并且

-事先在时期(T’)修改(OT’)伺服电路的运行模式。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于

-为了修改，我们改变参考值(V0,V1)以增加供电电压(Vr+)。

3．根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于

-为修改，我们在预期时期之前产生一个电力消耗的增加。

4．根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于

-将处理电路分开成多个单独供电的分离电路(9,20,21)，

-标记一个分离电路供电需求增加的预期时期，并且

-预先修改用于该分离电路的伺服电路(10,22,23)的工作模式。

5．一种移动设备，它带有一个数字处理电路(9)，以及该数字处理电路的供电装置(10)，该供电装置包括一个使该处理电路的供电电压(Vr)为一参考值(V0)的伺服电路，其特征在于它包括一个用于预见处理电路消耗增加时期(T)的电路(18)以及用于预先在时期(T’)修改(OT’)伺服电路运行模式的装置。

6．根据权利要求5所述的设备，其特征在于用于预见的电路包括一个定序器电路或一个状态器，及一个时钟(19)，以激励该定序器或该状态器。

7．根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于用于修改的设备包括一个与伺服电路命令输入端相连的参考信号发生器(15)，它具有一个控制输入，以被预见电路所控制。

8．根据权利要求5到7之一所述的设备，其特征在于伺服电路包括多个用于不同处理电路(10,22,23)的调节器(9,20,21)。

9．根据权利要求5到8之一所述的设备，其特征在于伺服电路包括一个容量为大约10μF的输出电容。

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